(57)【要約】【課題】港湾の特質を反映したシステムの構築、及びデータベースの採用により、結果の出力時間を短縮し、日々の運用に適したシステムを構築すること。【解決手段】港外の波浪情報から港内係留船舶の動揺量を推算し、当該係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断支援システムであって、港外の波浪情報に基づいて港内波浪を予測する港内波浪予測手段と、港内波浪予測手段により得られた港内波浪情報から、係留船舶の動揺量を予測する船体動揺量予測手段と、船体動揺量予測手段により得られた船体動揺量情報に基づいて、係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断手段とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
港外の波浪情報から港内係留船舶の動揺量を推算し、当該係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断支援システムであって、
港外の波浪情報に基づいて港内波浪を予測する港内波浪予測手段と、
前記港内波浪予測手段により得られた港内波浪情報から、前記係留船舶の動揺量を予測する船体動揺量予測手段と、
前記船体動揺量予測手段により得られた船体動揺量情報に基づいて、前記係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断手段と、
を備えることを特徴とする、荷役可否判断支援システム。
【請求項２】
前記港外の波浪情報に基づいて港外の長周期波を予測する港外長周期波予測手段を更に備えている、請求項１に記載の荷役可否判断支援システム。
【請求項３】
前記港外長周期波予測手段は、港外有義波の波高及び周期と、波浪観測結果の分析とから港外長周期波を近似的に求める回帰式を利用して演算処理する手段とを含む、請求項２に記載の荷役可否判断支援システム。
【請求項４】
前記港外長周期波予測手段は、港外有義波の波高及び周期と、港外長周期波高とを組み合わせて予め構築したデータベースと、そのデータベースの検索により港外長周期波を求める手段とを含む、請求項２に記載の荷役可否判断支援システム。
【請求項５】
前記港内波浪予測手段は、港外の波向毎に有義波の波高及び周期と、波浪観測結果の分析とから港内長周期波を近似的に求める回帰式を利用して演算処理する手段とを含む、請求項１に記載の荷役可否判断支援システム。
【請求項６】
前記港内波浪予測手段は、港外の波浪・長周期波高から、船舶係留地点の波浪・長周期波高を予め求めて構築したデータベースと、そのデータベースの検索により港内長周期波を求める手段とを含む、請求項１に記載の荷役可否判断支援システム。
【請求項７】
前記船体動揺量予測手段は、前記係留船舶に入力される波浪に対する動揺量を予め求めて構築したデータベースと、そのデータベースの検索により前記動揺量を求める手段とを含む、請求項１に記載の荷役可否判断支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、港湾外の波浪情報等に基づいて港湾内に係留された船舶の船体動揺量を推算し、船舶の荷役や係留の可否判断情報等を得るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶による海上輸送では、通常、港湾内において貨物を船積みあるいは陸揚げする荷役作業が必要となる。この荷役作業は、波浪などにより係留船舶の船体動揺量が大きくなると、荷役作業の安全性に支障をきたすため、荷役作業における船体動揺量の限界値が経験的に定められている。また、船体動揺量がこの限界値を超えて更に大きくなると、係留策の切断等の障害が発生することから、これを回避するために緊急離桟を行うことがある。
【０００３】
こうした船体動揺量に基づく荷役可否や離桟の判断は、波浪（波高、周期、波向）の現況と３日先程度の波浪予報（気象および港外波浪）をもとに、事前に実施した代表波浪条件での解析結果や波浪と船体動揺量の経験則に基づいた知見から想定し、荷役可否の判断を行っていた。
【０００４】
しかし、この船舶の動揺量の想定に基づく荷役可否判断は、個人の波浪と船体動揺量の経験則に基づいており、同じような海象条件であっても各人により荷役可否判断が異なることが考えられることから、誰でも同じ可否判断が可能な方法が求められていた。この点の対策として、特許文献１や特許文献２に記載の技術が開発されている。
【０００５】
特許文献１の船舶係留状態推算システムは、港外波浪観測データを用いて港外波浪の特性を解析し、その港外波浪の解析結果と港の形状とによって港内の波浪状態を推算し、その波浪状態にある港内の係留船舶の動揺状態を推算することで、船舶の係留や荷役可否の判断等を行えるようにしたものである。
【０００６】
特許文献２の船舶の運用管理システムは、船舶の航海中に、ある港湾への入港予定を推測すると共に、その港湾の港外における港外波を予測し、予測された港外波から港内の短周期波及び長周期波を推測し、それら短周期波及び長周期波から船舶が接岸可能かを画面に明示し、さらに船舶が係留された場合におけるその係留船舶の動揺を予測し、係留可能かを画面に明示させることで、港湾における海上輸送の安全性及び運行管理の向上に寄与できるようにしたものである。
【特許文献１】特開平７−２６５３５号公報
【特許文献２】特開２００２−１４９７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
気象庁などで公開している波浪予報は、港外位置での予報であり、港外の予報から港内の船舶係留位置での長周期波を含めた波浪諸元を精度良く推定する方法が求められる。主に、船体動揺量は、長周期波により増大するため、港内での伝搬特性に基づいた精度の高い長周期波高の推定が求められる。
【０００８】
特許文献１、２に示すように、船体の動揺量を推定する方法として、気象海象などを入力条件として船体動揺量を解析で求める方法が考えられている。しかし、３日先までの毎時の波浪予報を扱うには、計算に要する時間、労力がかかりすぎ、日々の運用に用いるには適していない。また、船舶諸元、係留策配置、港湾の特性などにより船体動揺量が異なるため、解析精度が必ずしも良いものではない。
【０００９】
よって、本発明の課題は、港外波浪諸元から港内波浪諸元を推定する方法として、波浪観測結果に基づいて近似する方法を採用し、港湾の特質を反映したシステムを構築できる技術を提供することにある。
さらに、本発明の課題は、出現しうる港内波浪諸元に対する船体動揺量を、該当港湾での計測結果に基づき、あらかじめ解析により算出しておいたデータベースを参照して推定する方法を採用することにより、結果が出力されるまでの時間を短縮し、日々の運用に適したシステムを構築することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明では以下の手段を採用した。
本発明は、港外の波浪情報から港内係留船舶の動揺量を推算し、当該係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断支援システムであって、港外の波浪情報に基づいて港内波浪を予測する港内波浪予測手段と、前記港内波浪予測手段により得られた港内波浪情報から、前記係留船舶の動揺量を予測する船体動揺量予測手段と、前記船体動揺量予測手段により得られた船体動揺量情報に基づいて、前記係留船舶の荷役可否情報を出力する荷役可否判断手段と、を備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、前記港外の波浪情報に基づいて港外の長周期波を予測する港外長周期波予測手段を更に備えていることが望ましい。ここで、前記港外長周期波予測手段は、港外有義波の波高及び周期と、波浪観測結果の分析とから港外長周期波を近似的に求める回帰式を利用して演算処理する手段とを含む構成とすることができる。また、前記港外長周期波予測手段は、港外有義波の波高及び周期と、港外長周期波高とを組み合わせて予め構築したデータベースと、そのデータベースの検索により港外長周期波を求める手段とを含む構成とすることもできる。
【００１２】
本発明において、前記港内波浪予測手段は、港外の波向毎に有義波の波高及び周期と、波浪観測結果の分析とから港内長周期波を近似的に求める回帰式を利用して演算処理する手段とを含む構成とすることもできる。また、前記港内波浪予測手段は、港外の波浪・長周期波高から、船舶係留地点の波浪・長周期波高を予め求めて構築したデータベースと、そのデータベースの検索により港内長周期波を求める手段とを含む構成とすることもできる。
【００１３】
本発明において、前記船体動揺量予測手段は、前記係留船舶に入力される波浪に対する動揺量を予め求めて構築したデータベースと、そのデータベースの検索により前記動揺量を求める手段とを含む構成とすることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る荷役可否判断支援システムによれば、港外波浪諸元から港内波浪諸元を推定する方法として、波浪観測結果に基づいて近似する方法を採用し、港湾の特質を反映したシステムを構築することができる。また、出現しうる港内波浪諸元に対する船体動揺量を、あらかじめ解析により算出しておいたデータベースを参照して推定する方法を採用することにより、結果が出力されるまでの時間を短縮し、日々の運用に適したシステムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。図１はシステムの全体イメージ図であり、図２はシステムの全体構成を示す機能ブロック図である。図３はシステムの構成フロー図である。図４はシステムのメイン画面を示す図である。
【００１６】
＜システム概要＞
長周期波による荷役障害軽減のための対策として、係留系改造による対策、波浪制御構造物による対策の他に、荷役可否予報による対策がある。これは、バース位置での波浪・長周期波を予測し、それをもとに係留船舶の動揺量を推定して荷役作業の可否を判定するもので、荷役中止や緊急離桟等の障害を未然に防ぐ方法である。
【００１７】
図１に示す港湾の石炭バースにおいては、港外での波浪予測情報を基礎データとし、本発明者等の知見を反映してバース位置での波浪・長周期波と石炭船の係留時動揺量を予測する荷役可否判断支援システムを構築し、今後の荷役作業の一助となるようにした。
【００１８】
図１において、１は港外での波浪予測情報であり、港外での波浪予測値を提供する。２は本システムに用いるパソコン等からなる処理装置であり、図２に示すように、液晶ディスプレイ等の表示装置３、キーボードやマウス等の入力装置４、ハードディスクやＲＯＭ等の記憶装置５、プリンタ６等を備えている。記憶装置５には、後述する各種のデータベースが格納されている。処理装置２は電話回線や無線回線、或いはインターネット等の通信回線を介して必要な情報を取得可能な機能を備えている。
【００１９】
処理装置２は、港外での波浪予測情報１に基づき、バース位置での波浪予測値を求め、その波浪予測値からバース位置に係留中の船舶の動揺量推定値を求め、その動揺量推定値に基づいて荷役可否予報を表示装置３に表示する。
【００２０】
＜システムの構成・内容＞
この荷役可否判断支援システムの全体構成フローを図３に示す。本システムは次の５つのパーツで構成されている。
［１］沖合波浪・長周期波予測データ作成ツール
［２］港内波浪・長周期波変換ツール
［３］船体の動揺量データベース
［４］石炭船動揺量算定ツール
［５］石炭船荷役可否判断ツール
【００２１】
本システムでは、基本データとなる沖合での波浪予測値は気象庁から提供される３日先までの毎正時の予報値を用いることとした。また、沖合での長周期波やバース地点での波浪・長周期波は、現地波浪観測データに基づく長周期波特性に関する知見を反映することとした。
【００２２】
石炭バースにおける石炭船の荷役作業の可否については、船体動揺解析によりバース地点での波浪・長周期波と、船体動揺量とのデータベースを構築し、これを用いて石炭船の動揺量の経時変化を推定して、荷役作業限界条件との対比から判断することとした。
【００２３】
沖合での波浪予測データとしては、日時、予測と実測の種別、有義波高、有義波周期、最高波高、最高波周期、波向、周期別毎の長周期波高、風向、風速、等の情報を含むものである。
【００２４】
＜システムの入力画面イメージ＞
［１］メイン画面
システムの起動時のメイン画面を図４に示す。同図において（１）〜（１０）は、コマンドボタンとなっており、これを選択するとデータ入力画面等が起動する。これらのうち、（１）のボタンは予測の対象とする船舶等を選択する船舶設定コマンド、（１０）は実行キーであり、例えば赤色で表示されている。また、（２）、（３）、（４）のボタンは沖合での波浪、長周期波、風況の予測方法を設定するコマンドであり、例えば黄色で表示
されている。また、（５）〜（９）のボタンは波浪等の変換や動揺量の推定のためのデータベースを制御するコマンドであり、例えば青色で表示されている。
【００２５】
（２）〜（９）の項目（８つのキー）は、あらかじめ必要なデータを入力しておけば、通常の予測作業では（１）と（１０）の項目（２つのキー）のみで操作することができる。（５）〜（９）の項目（５つのキー）は、今後、波浪観測データの蓄積等によりデータ更新の必要がある場合に使用する。
【００２６】
＜対象船舶の設定＞
システムを利用する前に、「（１）船舶設定」を選択して対象船舶等を指定する。船舶設定画面は図６に示す通りで、対象船舶、係留タイプ、バースを選択する。これらのデータ選択は、後述する石炭船の動揺量の推定において、使用する船体動揺量データベースを決定するものである。
【００２７】
＜沖合長周期波の予測＞
本システムでは、沖合長周期波の予測方法として次のメニューを用意した。
・沖合長周期波予測
ｉ…システム読み込み；電子ファイル化した沖合長周期波予測データを使用する。
ｉｉ…沖合長周期波変換ＤＢ（データベース）：以下の変換式を使用する。
【００２８】
「沖合長周期波予測」で、沖合長周期波変換ＤＢを選択した場合には、図６に示すメニュー画面を表示する。
・ＤＢ使用：沖合長周期波変換テーブルを参照する。
・予測式  ：次式の変換式を使用する。
波高  ＨＬ＝α・Ｈ１／３・Ｔ１／３＋β
波向  変換方位
なお、現状のシステムでは次のメニューを選択することした。
・沖合波浪予測      システム読み込み
・沖合長周期波予測  沖合長周期波変換ＤＢ
予測式（係数は表1のとおり）
【００２９】
＜バース位置での波浪・長周期波の予測＞
本システムでは、バース位置での波浪・長周期波の予測方法として次のメニューを用意した。
・波浪予測 ‥‥‥‥ＤＢ使用 ；バース波浪変換テーブルを参照する。
予測式  ；次式の変換式を使用する。      
波高    Ｈ１／３ｂ＝αＨ１／３Ｏ＋β
周期    Ｔ１／３ｂ＝γＴ１／３Ｏ＋δ
波向    変換方位
【００３０】
・長周期波予測 ‥‥ＤＢ使用 ；バース波浪変換テーブルを参照する。
予測式  ；次式の変換式を使用する。
波高    ＨＬｂ＝αＨＬＯ＋β
波向    変換方位
なお、現状のシステムでは次のメニューを選択することした。
・波浪予測          予測式（係数は表1のとおり）
・長周期波予測      予測式（係数は表1のとおり）
【００３１】
【表１】
2007025799.tif 000003
【００３２】
＜石炭船の動揺量の算定＞
石炭バースにおける石炭船の動揺量は、別途作成するバース位置での波浪・長周期波と船体動揺量の関係を数値化した船体動揺量データベースをもとに算定する。図９に船体動揺量データベースの画面イメージを示す。なお、現状のシステムでは、当該地点の波浪・長周期波特性を考慮した船体動揺解析の結果に基づいて作成したデータベースを導入している。
【００３３】
＜システムの出力結果＞
以上のデータを入力して、実行キー［荷役作業可否判断］を選択すると、石炭バースでの荷役可否判断を実行する。処理結果は、表計算ソフト用のデータとして保存され、図１０に示す「バース気象・海象予報データ」および図１１に示す「入出港・係留・荷役作業可否判断」の画面を表示する。
【００３４】
（実施例）
次に、図１２及び表２を参照して、適用港湾のバースへの適用事例を以下に示す。
＜気象・波浪予報の取得＞
当該港湾沖の気象ならびに波浪予報をインターネット等により取得し、予報データファイルを作成する。インターネットによる場合でデータのダウンロードが可能であれば、当該システムへの入力用ファイルの作成が容易である。ＦＡＸ等による取得の場合には、キーボードを用いてデータを入力することが可能である。取得データ例を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2007025799.tif 000004
【００３６】
＜沖合長周期波の予測＞
船舶の動揺には波浪の長周期波成分が大きく関与するものの、沖合の海象予報（波高，周期）には、必ずしも長周期波高の予報が含まれているとは限らない。しかしながら、長周期波高は有義波の波高および周期から予測することが可能である。一般的には，波向別に、
ＨL ＝ α×Ｈ1/3×Ｔ1/3＋β    ・・・（１）
で近似できることが知られている。当該地点の場合、波浪観測結果の分析から波向ＥＳＥの場合にα＝０．００４０、β＝０．０１３６と得られたことから、０１日００時には０．０８ｍ、０１日０２時には０．１２ｍと長周期波高が式（１）から算出される。なお，式（１）の適用が困難な場合には、（Ｈ1/3，Ｔ1/3，ＨL）の組合せのデータベースをあらかじめ構築しておくことにより、Ｈ1/3とＴ1/3から、ＨLを検索することが可能である。
【００３７】
＜バース地点の波浪・長周期波の予測＞
沖合の波浪予報からバース地点の波浪を予測するには、
Ｈb ＝ α×Ｈ1/3＋β    ・・・（２）
Ｔb ＝ γ×Ｔ1/3＋δ    ・・・（３）
の式を用いる。これは、沖合とバース地点の波浪観測結果を波向毎に有義波について分析すると、波高および周期共に比較的高い相関をもつ回帰式（式（２）および式（３））が得られるためである。当該地点の場合、波向ＥＳＥでは、α＝０．１７８，β＝０．０９１，γ＝０．６５３，δ＝１．２３５と得られたことからバース地点の有義波の波高と周期は，０１日００時で０．４０ｍ，７．０ｓ，０１日０２時で０．５５ｍ，７．７ｓとなる。バース地点の波向については、特に式を用いることはせず、沖合の各波向に対してそれぞれ設定する。なお、港湾形状やバース位置によりほぼ一方向になることもある。
【００３８】
バース地点の長周期波高については、有義波と同様にして波向毎に、
ＨLb ＝ α×ＨL＋β    ・・・（４）
の式で予測する。当該地点の場合、波向ＥＳＥでは、α＝１．１９９、β＝−０．０１４と得られたことからバース地点の長周期波高は、０１日００時で０．０８ｍ，０１日０２時で０．１３ｍとなる。
【００３９】
沖合とバース地点の波浪観測データがない場合には，波浪変形解析を行ってその結果から式（２）、式（３）、式（４）の各係数を設定しても良い。各式の適用が困難な場合には、前項と同様にデータベースをあらかじめ構築しておくことにより，沖合の波浪・長周期波高からバース地点の波浪・長周期波高を検索することが可能である．
【００４０】
＜係留船舶の動揺量予測（動揺量のうちRoll，Pitch，Yawを省略）＞
前項までに予測したバース地点の有義波と長周期波の諸量を用いて船体の動揺量を予測する。動揺量を解析で求めるには，各種入力データから質量、ばね、ダンパー系の運動方程式を作成し、これに波浪による外力を入力し、応答量、すなわち動揺量を算出することになる。この際、入力波浪は各種波浪成分を含む不規則波であるため、波浪をスペクトルで表してこのスペクトルに基づく波浪を発生させ、時々刻々に変化する波浪に対する船体の応答量を算出している。
【００４１】
この時刻暦計算は、対象時間を数時間とる必要があるため、電算機による処理時間もある程度かかってしまう。ましてや、この適用例のように１時間毎に３日先までの予報（７２データ）を処理するには、かなりの時間を要することになる。そこで，これらの計算を事前に行い、入力される波浪に対する動揺量をデータベース化しておく。これにより、入力される波浪に対する動揺量の算定は、データベースの検索時間に要するのみとなり，処理速度の向上が図れる。
【００４２】
当該バースに載貨重量８万トン程度の貨物船が係留された場合、０１日００時および０１日０２時のバース地点の波浪を入力すると、動揺量（Surge ，Sway，Heaveの順に表記）は、それぞれ０．８８ｍ、０．３６ｍ、０．２０ｍと１．２４ｍ、０．８１ｍ、０．２８ｍになる。なお、船体動揺解析は、その過程で係留索張力や防舷材反力も出力されるため、これらも合わせてデータベース化することが可能である．
【００４３】
＜荷役（係留）可否判定＞
当該バースの荷役限界となる船体動揺量は、Surgeが１．０ｍ、Swayが１．０ｍ、Heaveが０．５ｍと設定している。したがって、荷役可否判定は、０１日００時が「可」、０１日０２時がSurgeで限界値を超えるため「否」となる。なお、係留索の限界張力や防舷材の限界反力の設定があれば、前項で船体動揺量の他に係留索張力や防舷材反力も合わせて出力されるので係留の可否判定も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係るシステムの全体イメージ図である。
【図２】本発明の実施形態に係るシステムの機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシステムの構成フロー図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシステムのメイン画面を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るシステムの船舶設定画面を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るシステムの沖合長周期波変換設定画面を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るシステムの沖合−バース波浪変換設定画面を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係るシステムの沖合−バース長周期波変換設定画面を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係るシステムの船体動揺量データベース画面を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るシステムのバース気象・海象予報データ画面を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るシステムの入出港・係留・荷役作業可否判断画面を示す図である。
【図１２】本発明の実施例に係るシステムの構成フロー図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  港外の波浪予測情報
２  処理装置
３  表示装置（ディスプレイ）
４  入力装置（キーボード・マウス）
５  記憶装置
６  プリンタ
【図１】
2007025799.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007025799.tif 000009
【図６】
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【図７】
2007025799.tif 000011
【図８】
2007025799.tif 000012
【図９】
2007025799.tif 000013
【図１０】
2007025799.tif 000014
【図１１】
2007025799.tif 000015
【図１２】
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